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산업기사 및 기사 컴퓨터응용가공산업기사 · 기계조립산업기사 · 기계설계산업기사 · 정밀측정산업기사 · 일반기계기사 |
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기능장 및 기술사 기계가공기능장 · 기계기술사 |
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| 항공 계열 |
기능사 항공기정비기능사 · 항공전기·전자정비기능사 |
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산업기사 및 기사 항공산업기사 · 항공기사 |
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기능장 및 기술사 항공기관기술사 · 항공기체기술사 |
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| 기타 | ||
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| 야마하 모터 V형 8기통 5.0리터 DOHC 32밸브 수소엔진 |
1. 개요
內 燃 機 關 / ICE(Internal Combustion Engine)연료를 내부의 실린더 혹은 연소실 등에서 연소시켜 동력을 얻는 기관을 가리키는 용어로 외연기관과 함께 열기관의 한 축을 담당한다.
내연기관은 크게 왕복형, 회전운동형, 분사추진형으로 분류된다.
2. 역사
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| 에티엔 르누아르(Etienne Lenoir)가 개발한 최초의 내연기관(가스 엔진) |
1860년 벨기에의 에티엔 르누아르가 석탄을 건류한 가스를 연료로 하는 내연기관을 발명했다.
3. 장점
- 소형, 경량이다.
- 마력당 중량이 적다.
- 열효율이 높고, 연소소비율이 적다,
- 운전취급 및 시동정지가 쉽다.
- 시동 후 전부하(큰 출력)에 이르는 시간이 짧다.
4. 단점
- 부하변동에 민감하다.
- 고온 고압의 상태라 충격과 진동이 심하다.
- 윤활 및 냉각이 복잡하다
- 연료 사용이 제한적이다.(고체 석탄 같은건 사용이 어려움)
- 저속운전이 곤란하다.(변속기를 통해 가능하나 실제 엔진만을 가지고는 불가능)
- 플라이휠이 요구된다.(내연기관은 항시 연소된 연료 공급이 되지 않으므로 관성장치인 플라이 휠을 사용하여 연속적인 동력공급)
- 자력시동이 불가능하다.(연료흡입, 압축, 점화 조건을 만족하기 위한 외부 동력이 필요하여 자력 시동이 불가능하므로 시동전동기[1]가 있어야 한다.)
- 마멸과 부식부가 많다. 이는 피스톤과 실린더가 조이기 때문으로 , 피스톤 벽에 흠집이 흔하며 엔진오일이 오일 팬에 가라앉은 후 콜드 스타트(초기시동)시 실린더 벽을 긁는다.
- 연료 상태에 따라 노킹이 생길 위험성이 있다.
- 온실가스를 많이 배출한다.
5. 종류
5.1. 왕복엔진
개수에서 절대다수를 차지하고있는 형태의 내연기관으로, 실린더 내에서 일어나는 작동 유체의 폭발압/팽창압을 피스톤이 받아내어 직선운동화 시켜 이것을 크랭크축을 통해 회전운동으로 변환 후 회전력을 얻어내는 형태의 기관이다.[2]5.1.1. 실린더 배치방식에 따른 분류
5.1.2. 실린더 개수에 따른 분류
| 실린더 수에 따른 엔진의 분류 | ||||
| 단기통 | 2기통 | 3기통 | 4기통 | 5기통 |
| 6기통 | 7기통 | 8기통 | 9기통 | 10기통 |
| 12기통 | 14기통 | 16기통 | 18기통 | 20기통 |
실린더 수가 너무 많아서 10기통부터는 짝수로 늘어난다.
5.1.3. 연료에 따른 분류
내연기관의 연료로 사용되는 물질은 사실 다양하다. 차량용 엔진으로는 LPG와 천연가스[4]도 널리 사용되는 편이며, 수소[5]를 연료로 하는 내연기관도 널리 보급되고 있지는 않지만 존재한다.[6] 심지어 목탄을 가열할 때 나오는 가연성 가스를 얻어서 내연기관을 작동시키기도 하는데 목탄자동차 참조.5.1.4. 작동 방식에 따른 분류
5.2. 회전운동형 기관
유동형 기관이라고도 한다. 연료의 폭발압력을 임펠러에서 받아 축으로 전달하는 방식이다.5.3. 분사추진형
연료의 폭발압력을 일정한 방향으로 분출시켜, 그 반작용을 동력으로 이용하는 형식이다. 제트엔진이나 로켓모터 등이 여기에 해당한다.6. 기타
미국은 1970년 12월 대기오염 방지를 위한 소위 머스키법(Muskie Act)을 통과시켰다. 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx)을 5, 6년 내에 10분의 1로 줄이도록 명령했다.유럽연합에서는 2035년부터 내연기관 자동차를 완전 퇴출하기로 결의했었으나, 특히 독일, 이탈리아 등 기존 내연기관의 세가 강한 일부 유럽연합 회원국에서 반발하기도 했다. # 결국 유럽연합은 e-Fuel 사용에 한해 내연기관을 허용하는 방향으로 선회했다.
미국에서는 연비 기준이 2025년형 갤런당 54.5마일(ℓ당 23.3㎞)이고, 2026년형에는 갤런당 55마일(ℓ당 23.4㎞)로 확정되었다. # CAFE 기준을 준수하지 못할 경우 ( 0.1마일/갤런당 150달러) 과징금을 물게 된다. #
유럽에서는 연평균 CO₂ 배출량 목표치가 2025년에는 93.6g/km를 기준으로 초과 시마다 모든 신규 차량에 1g/km당 95유로의 과징금을 부과하고 있으나 기준을 5년 주기로 강화하여, 2030년에는 49.5g/km 초과 시 과징금을 부과할 계획이다. #
영국에서는 2035년까지 매년 판매돼야 하는 무공해 자동차(Zero Emission Vehicle, ZEV) 의무 비율을 확정했고 벌금도 있다. #
일본에서는 2035년 내연기관차 신규판매 금지...전동화 100% 추진한다. #
대한민국에서는 전기차 목표 미달성 제조사에 대당 최대 300만원 벌금성 기여금이 부과된다. #
7. 관련 문서
| 🚗 자동차 관련 문서 | ||
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| 구동 방식 | ||
| 구동 바퀴 | 전륜구동 · 후륜구동 · 2륜구동 · 4WD(4륜구동) | |
| 레이아웃(엔진/구동) | FF · FR · RMR · RR | |
| 엔진 구성 | 수평대향 엔진(수평대향 · 플랫(박서)) · 왕복 · 단기통 · 직렬 · V형 · 반켈 | }}}}}}}}} |
[1]
셀프스타터, 스타트모터
[2]
대부분
자동차나
모터사이클
농기계,
건설기계,
디젤기관차 등 모든 엔진이 피스톤형식이다.
[3]
링크에서 보듯이 V형과 비슷한데 크랭크 샤프트가 분리된 구조로 보면 된다. 사실 그냥 직렬 엔진 두개를 그냥 세워 붙여둔 형태가 가장 직접적인 표현이다. 그마저도 보기 어렵지만 그나마 탠덤트윈이 오토바이와 고카트 엔진으로 꽤 쓰였다. 특징으로는 두개의 크랭크 샤프트가 반대로 회전하기 때문에 샤프트의 자이로 현상을 상쇄한다. 이 점은 자동차의 경우는 잘 느끼기 어렵지만, 오토바이의 경우, 특히 크랭크 샤프트의 축이 차체 진행방향과 평행하게 놓이는 수평대향형이나 가로배치 V형의 경우 공회전만으로도 차체가 누으려는 느낌이 바로 느껴질 정도라 미묘한 움직임에도 영향을 받는 바이크나 항공기 등에 주로 쓰인 것을 링크에서도 확인할 수 있다. 그럼에도 엔진에서 블록 다음으로 가장 중량이 무거운 부품인 크랭크샤프트가 1개 더 쓰인다는 것 때문에 사실상 사장되었다.
[4]
LNG, CNG
[5]
액화수소, 기화수소
[6]
성균관대학교 내연기관 연구팀이 아시아자동차 타우너를 기반으로 개발한 수소내연기관자동차 성균 1호가 공개됐지만 연구용일뿐 실상용화는 되지 않았다. 일본에서는
야마하 모터가
토요타와의 협력으로 450마력의 V8 수소 엔진을 개발했다.
[7]
액화수소, 기화수소
[8]
목탄자동차 등.